Bu gün güc modulunun dizaynlarının əksəriyyəti alüminium oksiddən (Al2O3) və ya AlN-dən hazırlanmış keramikaya əsaslanır, lakin performans tələbləri artdıqca, dizaynerlər digər substratları axtarırlar. Məsələn, EV tətbiqlərində, çip temperaturu 150°C-dən 200°C-ə qədər olduqda keçid itkiləri 10% azalır. Bundan əlavə, lehimsiz modullar və naqilsiz modullar kimi yeni qablaşdırma texnologiyaları mövcud substratları ən zəif halqa halına gətirir.
Digər mühüm amil odur ki, məhsul külək turbinlərində olduğu kimi sərt şəraitdə daha uzun müddət dayanmalıdır. Külək turbinlərinin bütün ətraf mühit şəraitində təxmin edilən ömrü on beş ildir və bu proqramın dizaynerlərini üstün substrat texnologiyaları axtarmağa sövq edir.
SiC komponentlərinin istifadəsinin artırılması təkmilləşdirilmiş substrat alternativlərini hərəkətə gətirən üçüncü amildir. Adi modullarla müqayisədə, optimal qablaşdırmaya malik ilk SiC modulları itkilərin 40-70 faiz azaldığını nümayiş etdirdi, eyni zamanda Si3N4 substratları da daxil olmaqla innovativ qablaşdırma üsullarının zəruriliyini nümayiş etdirdi. Bütün bu tendensiyalar ənənəvi Al2O3 və AlN substratlarının gələcək funksiyasını məhdudlaşdıracaq, halbuki Si3N4 əsasında substratlar gələcək yüksək performanslı güc modulları üçün seçim materialı olacaqdır.
Silikon nitridi (Si3N4) üstün əyilmə gücü, yüksək qırılma möhkəmliyi və yüksək istilik keçiriciliyinə görə güc elektron substratları üçün çox uyğundur. Keramika xüsusiyyətləri və kritik dəyişənlərin müqayisəsi, məsələn, qismən boşalma və ya çatlaq əmələ gəlməsi, istilik keçiriciliyi və istilik dövriyyəsi kimi son substrat davranışına böyük təsir göstərir.
Enerji modulları üçün izolyasiya materialları seçərkən istilik keçiriciliyi, əyilmə gücü və qırılma möhkəmliyi ən vacib xüsusiyyətlərdir. Güc modulunda istiliyin sürətlə yayılması üçün yüksək istilik keçiriciliyi vacibdir. Bükülmə gücü keramika substratının qablaşdırma prosesində necə işləndiyi və istifadə edildiyi üçün vacibdir, qırılma möhkəmliyi isə onun nə qədər etibarlı olacağını anlamaq üçün vacibdir.
Aşağı istilik keçiriciliyi və aşağı mexaniki dəyərlər Al2O3 (96%) ilə xarakterizə olunur. Bununla belə, 24 Vt/mK istilik keçiriciliyi günümüzün standart sənaye tətbiqlərinin əksəriyyəti üçün adekvatdır. AlN-nin 180 W/mK yüksək istilik keçiriciliyi orta dərəcədə etibarlılığına baxmayaraq, onun ən böyük üstünlüyüdür. Bu, Al2O3-ün aşağı qırılma möhkəmliyinin və müqayisə edilə bilən əyilmə gücünün nəticəsidir.
Daha çox etibarlılığa artan tələb ZTA (zirkon ilə bərkidilmiş alüminium oksidi) keramikasında son irəliləyişlərə səbəb oldu. Bu keramika digər materiallardan əhəmiyyətli dərəcədə daha çox əyilmə gücünə və qırılma möhkəmliyinə malikdir. Təəssüf ki, ZTA keramikasının istilik keçiriciliyi standart Al2O3 ilə müqayisə edilə bilər; nəticədə onların ən yüksək güc sıxlığına malik yüksək güc tətbiqlərində istifadəsi məhdudlaşdırılır.
Si3N4 əla istilik keçiriciliyi və mexaniki performansı birləşdirir. İstilik keçiriciliyi 90 W/mK-da göstərilə bilər və onun qırılma möhkəmliyi müqayisə edilən keramika arasında ən yüksəkdir. Bu xüsusiyyətlər Si3N4-ün metallaşdırılmış substrat kimi ən yüksək etibarlılığı nümayiş etdirəcəyini göstərir.
